JP5154785B2 - 生体親和性の高いアパタイト被覆磁性ナノ粒子 - Google Patents
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特に、癌治療の分野においては、磁性粒子をドラッグデリバリーシステムの担体及び温熱治療用の発熱体として利用する試みが行われてきている。具体的には、磁性粒子の表面に抗癌剤を担持させ、そして癌組織へ抗癌剤を輸送し、抗癌剤が癌組織において徐放されることにより、効果的に癌を治療する試みや、また、磁性体が交流磁場下で発熱することを利用して、磁性粒子を発熱体として用い、癌細胞を温熱治療によって死滅させる試みが行われてきている。
また、温熱治療用の発熱体として用いる場合も、ナノ粒子の体積中に占めるフェライトの割合が低く、その電磁波温熱効果が高くなかったため、発熱体として十分な効果が得られなかった。更に、磁性粒子が生体内の体液成分と直接触れるため、同じような副作用が心配されていた。
本発明は、こうした知見に基づくものである。
本発明によるアパタイト被覆磁性ナノ粒子の好ましい態様においては、前記強磁性粒子コアが、鉄粒子、マグネタイト粒子、マグヘマイト粒子、又はいずれかの強磁性粒子が、マンガン、亜鉛、ニッケル、リチウム、コバルト、銅、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、バリウム及びストロンチウムからなる群から選択された金属がドープされた強磁性粒子であり、特には、マグネタイト粒子又はマンガン亜鉛フェライト粒子である。
本発明によるアパタイト被覆磁性ナノ粒子の好ましい態様においては、前記アパタイト層が緻密アパタイト層である。
本発明によるアパタイト被覆磁性ナノ粒子の好ましい態様においては、前記アパタイト層が内側の緻密アパタイト層、及び外側アパタイト層を含み、特には、緻密アパタイト層の比表面積が40m2/g以下であり、外側アパタイト層の比表面積が20〜400m2/gである。
本発明によるアパタイト被覆磁性ナノ粒子の別の好ましい態様においては、磁性粒子状コアの平均粒径が10μm以下であり、アパタイト被覆磁性ナノ粒子の平均粒径が100μm以下である。
また、本発明は、フェライト粒子の表面を酸化してその表面にレピドクロサイト含有層を形成する工程、及びアパタイト反応溶液を接触させ、アパタイトを析出することによりアパタイト層を形成する工程を含む、アパタイト被覆磁性ナノ粒子の製造方法にも関する。
更に、本発明は、前記アパタイト被覆磁性ナノ粒子からなるドラッグデリバリーシステム用の担体に関し、特には、癌治療用である。
更に、本発明は、前記アパタイト被覆磁性ナノ粒子からなる、温熱治療用の発熱体にも関する。
更に、本発明は、前記アパタイト被覆磁性ナノ粒子からなる吸着用担体にも関する。
相対気孔率(%)=測定された総容積(mL/g)/(測定された総容積(mL/g)+0.3169(mL/g))×100
ここで、0.3169mL/gは水酸アパタイトの理論密度3.146g/cm3から単位グラム当たりの体積に換算させた値である。
アパタイト被覆磁性ナノ粒子の平均粒径は、特に限定されるものではないが、10nm〜100μmが好ましい。10nm未満であると凝集が著しくなり、特に安定なコア部分が3nm未満になると超常磁性となって強磁性を示さなくなることがある。また、十分なアパタイトの緻密層が形成されないことがある。100μmを超えると注射器の針が太くなり、患者への投与の際に痛みを伴うことがあり、大きさとして適していない。アパタイト被覆磁性ナノ粒子の飽和磁化量は、強磁性粒子の飽和磁化量と被覆されるアパタイト層の量によって決定されるが、アパタイト被覆磁性ナノ粒子の飽和磁化量は、10〜50emu/gが好ましい。飽和磁化が10emu/gより小さいと、磁石による誘導又は捕集が困難になり10emu/gより大きくするためには、アパタイト層の含有量を少なくする必要があり、実用的ではない。アパタイト被覆磁性ナノ粒子の保磁力は、一般的に保持力が大きくなると磁性ナノ粒子の間の凝集力が大きくなり、分散性が悪くなる。アパタイト被覆磁性ナノ粒子の飽和磁化量は、20〜40emu/gの範囲であれば、実用上問題ない。
例えば、フェライト粒子は、時系列を制御した共沈法、エマルジョン法又は噴霧熱分解法などで製造することが可能である。2価鉄イオン及び3価鉄イオンを含む水溶液とアルカリ溶液とを、液温0℃から15度で混合し、コロイド粒子を生成し、例えば、80℃まで温度を上げることによって、フェライトの磁性微粒子を得ることができる。更に、溶液のpHを水酸化ナトリウム又はアンモニアなどで8〜12に調製し、酸化剤の添加、又は空気のバブリングにより、粒子を酸化させることによってフェライト粒子を形成させることが可能である。酸化剤としては、例えば、NaNO2及びKOCOCH3の混合液を用いることができる。また、空気で酸化させる場合は、空気のバブリング速度は100〜400リットル/時間が好ましく、溶液の保持温度は、24〜90℃が好ましい。また、フェライトの組成としては、外部からの磁場印加によって、より患部に薬剤を効率よく輸送するために磁性を高めるFe以外の金属も導入することができる。例えば、マグネタイト(Fe3O4)に、マンガン、亜鉛、ニッケル、リチウム、コバルト、銅等のイオンのドープを行い、Feの一部をそれらの金属に置き換えたフェライト粒子を作成することも可能である。
リン酸イオンとしては、PO4 3−、HPO4 2−及びH2PO4 −のいずれをも使用することができる。反応溶液中のリン酸イオンの濃度としては0.3〜5mMの範囲が好ましく、1〜2mMの範囲がより好ましい。反応溶液中のカルシウムイオンの濃度としては0.5〜10mMの範囲が好ましく、2.5〜5mMの範囲がより好ましい。水溶液中にはリン酸イオンとカルシウムイオンの他に各種イオンを含むことができ、特に生体内の体液や血液に含まれる、H+、Na+、K+、Mg2+等の陽イオンや、OH−、Cl−、CO3 2−、HCO3 −、PO4 3−、SO4 2−等の陰イオンを適量含む水溶液が好ましい。反応温度は、2〜80度が好ましく、室温〜40度がより好ましい。また、水溶液のpHは前記のように5〜10の範囲とすることが望ましく、pH6〜8がより好ましい。反応水溶液は、pHを調節するために、有機緩衝剤を含むことができる。例えば、トリスヒドロキシルアミノメタン等を使用することができる。pHが5未満では第二リン酸カルシウム塩が析出しやすくなり、pHが10より大きい場合には水酸化カルシウムが安定相となりアパタイトが析出しにくくなる。
アパタイト作製溶液としては、擬似体液(pH7.4)(T. Kokubo, H.M. Kim, M. Kawashita, Biomater., 24, 2161 (2003))に浸漬する方法や塩化ナトリウムとカルシウム及びリン酸を含む溶液に浸漬する方法がある。水溶液中のリン酸イオンの濃度としては0.1〜5mMの範囲が好ましく、0.5〜2mMの範囲がより好ましい。水溶液中のカルシウムイオンの濃度としては0.5〜10mMの範囲が好ましく、2.0〜5mMの範囲がより好ましい。また、ナトリウム及び塩素イオンの濃度としては、100〜200mMの範囲が好ましい。水溶液のpHは7〜9の範囲とすることが望ましく、pH7.2〜8.0がより好ましい。水溶液は、pHを調節するために、有機緩衝剤を含むことができる。例えば、トリスヒドロキシルアミノメタン等を使用することができる。これにより、大きさ10〜100μmの球状粒子が得られる。
また、アパタイト被覆磁性ナノ粒子に抗体を結合させ、その抗体とタンパク質を結合させ、タンパク質などを試料から分離することができる。また、アパタイト被覆磁性ナノ粒子を免疫測定用の磁性粒子としても利用することも可能である。
(1)16.6mmol/Lの塩化鉄(FeCl2)水溶液を100mL、5.3mmol/Lの塩化マンガン(MnCl2)水溶液140mL、及び0.2mmol/Lの塩化亜鉛(ZnCl2)水溶液415mLを混合した。この混合液を撹拌しながら、水酸化ナトリウムで、pH8に調製し、粒子を調製した。懸濁液の温度を90℃まで上昇させ、4.3mmol/LのNaNO2と65mmol/LのKOCOCH3の混合水溶液を滴下し、粒子を酸化させ、マンガン亜鉛フェライトを生成させた。平均粒径が50nmのマンガン亜鉛フェライト粒子が得られた。
(2)次に、得られたマンガン亜鉛フェライト粒子の表面にレピドクロサイト層を形成させる工程を実施した。マンガン亜鉛フェライト粒子を水溶液中に分散させ、0.01mol/LのFeCl2水溶液100mL、及び0.001mol/LのNaNO2 10mLを加えて、pHを水酸化ナトリウム又はアンモニアで、8.3に調整した。分散液の濃度を25℃に維持し、空気のバブリングによって、酸化を行い、表面をレピドクロサイトに変換した。表面の水酸基はエックス線光電子分光法(XPS)並びに広域エックス線吸収微細構造(EXAFS)で確認した。
(3)次に、レピドクロサイト層上に、緻密なアパタイト層の形成させる工程を実施した。前記の表面にレピドクロサイト層が形成されたマンガン亜鉛フェライト粒子を、十分に水洗し、3.3gの粒子を、5mol/L水酸化ナトリウムを添加しpHを13に調整した0.24mol/Lリン酸水素カリウム(K2HPO4)溶液100mLに添加し、還流装置を備えた反応装置にて温度120℃に保持した。Ca/P比が10/6になるように濃度調整した0.666mol/Lの塩化カルシウム溶液60mLをゆっくりと滴下した。滴下終了後、120℃で6時間攪拌した。遠心分離により固液分離を行い、純粋で十分に洗浄を行い110℃で乾燥させた。(ここで、アパタイト粒子とフェライト粒子との理論体積比は2:1として合成した。)
(4)最後に、緻密なアパタイト層上に外側アパタイト層を形成する工程を実施した。緻密アパタイト層が形成された粒子200mgをリン酸カルシウム飽和溶液400mL(pH8.0トリスヒドロキシルアミノメタン;Na+28mM、Ca2+2.5mM、Cl−296mM、HPO4 2−1.0mM)に分散させ、攪拌させながら6時間、37度で保持した。純水で洗浄し、110℃で乾燥した。
マンガン亜鉛フェライト粒子に、レピドクロサイト層を形成させる前記工程(2)を除いては、実施例1と同じ前記工程(1)、(3)及び(4)を繰り返した。つまり、レピドクロサイト層を有さない粒子を調製した。
マンガン亜鉛フェライトの鉄の価数は、メスバウワー法とエックス線光電子分光法(XPS)を併用して確認した。その結果、フェライトのコア粒子表面では鉄は2価と3価の混合である一方、レピドクロサイト層を形成後には鉄は3価のみとなっており、レピドクロサイトの生成が確認された。
マンガン亜鉛フェライトの結晶構造は、透過型電子顕微鏡(TEM)の制限視野解析法で観察した。その結果、立方晶のスピネル構造を有していることが明らかになった。
比表面積は、自動比表面積測定装置(日本ベル製、BELSORP36)を用いて測定した。120℃で真空乾燥したサンプルを、窒素ガスを用いて測定し、BET法に基づく1点法にて比表面積を決定した。
実施例1の緻密アパタイト層は、22m2/g、外側アパタイト層は56m2/gの比表面積を示した。
実施例1におけるマンガン亜鉛フェライト粒子とレピドクロサイト(γ−FeOOH)層の界面、及びレピドクロサイト層と緻密なアパタイト層との界面の状態観察、及び比較例1におけるマンガン亜鉛フェライト粒子とアパタイト層の界面の状態観察を透過型電子顕微鏡(TEM)で行った。その結果、レピドクロサイト(γ−FeOOH)層を有する場合に緻密なアパタイト層がその表面近傍に生成するのに対し、レピドクロサイト(γ−FeOOH)層が存在しない場合は、緻密なアパタイト層が生成せず、多孔性のアパタイト層が直接まばらに生成し、その接合強度が低いために容易にマグネタイト及びフェライト表面から剥がれ落ちる傾向があることが確認された。
アパタイト被覆磁性ナノ粒子の表面には抗癌剤(ビスフォスフォネート・タキソール等)を含浸させた。得られた薬剤含浸粒子を生理食塩水・リン酸バッファー溶液に入れて溶出速度を測定した。その結果、約2週間にわたって安定した薬剤の徐放効果が確認された。
2・・・レピドクロサイト含有層〔レピドクロサイト(Lepidocrocite・燐鉄鋼)Fe3+O(OH)マグネタイトとアパタイトの接合領域:一体化した界面〕;
3・・・緻密アパタイト層;
4・・・外側アパタイト層〔アパタイト生体親和性・カルシウム機能(多孔層:水酸アパタイトなど)〕。
Claims (15)
- 鉄を含有する強磁性粒子コアと、その表面と直接に接触してコア表面を覆うレピドクロサイト含有層と、そのレピドクロサイト含有層と直接接触してレピドクロサイト含有層を覆うアパタイト層とを含むことを特徴とする、アパタイト被覆磁性ナノ粒子。
- 前記強磁性粒子コアが、鉄粒子、マグネタイト粒子、マグヘマイト粒子、又はいずれかの強磁性粒子が、マンガン、亜鉛、ニッケル、リチウム、コバルト、銅、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、バリウム及びストロンチウムからなる群から選択された金属がドープされた強磁性粒子である、請求項1に記載のアパタイト被覆磁性ナノ粒子。
- 前記強磁性粒子コアが、マグネタイト、又はマグネタイトが、マンガン、亜鉛、ニッケル、リチウム、コバルト、銅、バリウム及びストロンチウムからなる群から選択された金属によってドープされたフェライト粒子である、請求項1又は2に記載のアパタイト被覆磁性ナノ粒子。
- 前記フェライト粒子が、マグネタイト粒子又はマンガン亜鉛フェライト粒子である、請求項3に記載のアパタイト被覆磁性ナノ粒子。
- 前記アパタイト層が緻密アパタイト層である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のアパタイト被覆磁性ナノ粒子。
- 前記アパタイト層が内側の緻密アパタイト層、及び外側アパタイト層を含む請求項1〜4のいずれか一項に記載のアパタイト被覆磁性ナノ粒子。
- 前記緻密アパタイト層の比表面積が40m2/g以下であり、前記外側アパタイト層の比表面積が20〜400m2/gである、請求項6に記載のアパタイト被覆磁性ナノ粒子。
- 前記磁性粒子状コアの平均粒径が10μm以下である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のアパタイト被覆磁性ナノ粒子。
- アパタイト被覆磁性ナノ粒子の平均粒径が100μm以下である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のアパタイト被覆磁性ナノ粒子。
- フェライト粒子の表面を酸化してその表面にレピドクロサイト含有層を形成する工程、及び
アパタイト反応溶液を接触させ、アパタイトを析出することによりアパタイト層を形成する工程を含む、アパタイト被覆磁性ナノ粒子の製造方法。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載のアパタイト被覆磁性ナノ粒子からなるドラッグデリバリーシステム用の担体。
- 癌治療用である、請求項11に記載のドラッグデリバリーシステム用の担体。
- 肝癌治療用である、請求項11又は12に記載のドラッグデリバリーシステム用の担体。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載のアパタイト被覆磁性ナノ粒子からなる、温熱治療用の発熱体。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載のアパタイト被覆磁性ナノ粒子からなる吸着用担体。
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